大家好!我是吃藕不醜小仙女!前兩天做了量子力學和量子糾纏的簡單講解,簡單的講解了量子領域的奇妙奧義。文章有點長,耐心讀完會解決你現在遇到的所有問題,接下來話不多說我們進入正題。
相信很多人都聽說過「薛丁格的貓」我聽過最有趣回答是說 「你是指這篇文章的目的,就是講清楚這隻特別的貓的由來和它的意義。可能稍微涉及一點量子力學的知識,但是相信我,並不複雜。而且比起來從此了解薛丁格的貓的本質,知道量子力學到底在講什麼,甚至能夠讓我們用全新的視角審視這個世界的收穫來說,肯定值得。
我們先來看看這個實驗具體說了些什麼。
奧地利物理學家埃爾溫·薛丁格在1935年提出了一個思想實驗,將一隻貓放到一個不透明的盒子裡,同時還放入一個放射性的粒子和一瓶毒藥。放射性粒子發生放射的概率是50%,不放射的概率也是50%。一旦放射,將觸發機關打破藥瓶毒死這隻貓。:哎,真是可憐了貓了。。。
按照量子力學的觀點,在未打開盒子之前,這隻貓將處於既活著也死了的狀態(注意,這裡有一個關鍵點:不是生死不明,而是「既死又生」)。直到打開盒子觀察的瞬間,貓的狀態變成一個確定狀態(量子力學中叫做:坍縮),貓的生死被瞬間決定了(這裡的第二個關鍵點:打開盒子觀察,不是看到了貓的生死,而是決定了貓的生死)。
這個實驗的兩個關鍵點,一個是概率,一個是觀察。這兩件事,也是理解量子力學的關鍵。
其實大多數人看到這個實驗的第一反應都是有點懵,然後會嘗試用物理常識和生活經驗加以理解。最常見的理解方式,這就像我們下班回家,母親可能在家,也可能去跳廣場舞了不在家,所以在沒有打開房門之前,她就處於可能在家也可能不在家的狀態,而只有打開房門才能確定她是不是在家。可這不就是生活常識嗎?跟量子力學有什麼關係。但在這個宏觀的例子中,母親在家或不在家是個確定的狀態,只是處在什麼狀態我們還不知道,直到打開門,我們才能確定母親是否在家。而量子力學告訴我們說,在微觀量子世界裡,母親處於在家和不在家同時發生的疊加狀態,而你打開房門的動作不是確認母親是否在家,而是決定了母親是否在家。這是觀察狀態。
接下來我們用一個真實的實驗來說明薛丁格的貓在微觀世界裡的情況。電子雙縫幹涉實驗。
們在高中物理都學過雙縫幹涉實驗,就是在絕對黑暗的密室中,把一束光射向兩道相近的窄縫,會在後面屏幕上出現明暗相間的條紋(幹涉條紋),以此來證明光是一種波。因為所有的波(聲波,水的漣漪,電磁波等)在穿過兩道窄縫後,都會因為彼此不斷地疊加(波峰+波峰 or 波谷+波谷)、抵消(波峰+波谷),最終形成明暗條紋。
後來愛因斯坦因為光電效應證實光同時也是一種粒子,從而為微觀粒子的「波粒二象性」這個量子力學重要概念打下基礎。儘管「波粒二象性」現在已經廣為人知,但事實上這是一件非常違背常識的事,只要我們把光換成電子,就可以理解這個事情有多奇怪了。
我們都知道電子是一種粒子,帶負電,並且圍繞著原子核運動。而1920年代的實驗就已經證明,一束電子流也能像一束光一樣在雙縫實驗中留下幹涉條紋,從而證明電子也是一種波,也具有波粒二象性。這似乎是高中物理知識,乍一聽好像也沒有什麼讓人震驚的。
但是在實驗室,電子卻呈現了完全不同的一面。一開始,和子彈打靶一樣,穿過縫隙的電子在屏幕上留下的亮點也沒什麼規律,但逐漸的,規律開始顯現,但卻不是左右兩堆亮點,而是,明,暗,明,暗....的幹涉條紋!
沒錯,一個一個地發射,最終也表現出波一樣的特性!但這怎麼可能?每次只發射一個電子,每個電子怎麼知道自己最終要飛向「亮」的區域還是「暗」的區域?而且幹涉條紋是兩道波之間幹涉產生的,每次只發射一個電子,它和誰幹涉?難道...和自己?是的,自己和自己幹涉。是誰賦予了它「意識」?
通過薛丁格的貓的思想實驗和電子雙縫幹涉實驗,我們似乎對「現實」產生了根本性的疑問。一方面,真正的「現實」竟然是個「概率」,而看到的「現實」卻是因為我們想要看它,甚至可以叫「觀察創造現實」。這樣的「現實」還算什麼現實?真讓人想哭... 而這一切竟然印證了王陽明那句經典的哲學名言:「你不看事物,事物就不存在」。
我們同時也推翻了「客觀」。一切所謂客觀的觀察都會影響被觀察者,這導致被觀察者究竟是怎樣的永遠是不確定的。如此看來,純粹的客觀世界壓根就不存在,一切都是你中有我我中有你的不可分割的整體。下次再有人說自己「客觀,獨立,第三方」,我們就跟他好好聊聊量子力學。